desen tehnic

137

NOTAREA PE DESEN A TRATAMENTULUI

TERMIC

5.1.Generalităţi

Multiplele scopuri pentru care sunt create şi folosite instalaţiile, maşinile, aparatele, utilajele, etc., precum şi datorită condiţiilor reale de lucru au condus la necesitatea de a asigura materialelor metalice proprietăţi cu valori diferite ale caracteristicilor lor mecanice, fizice şi chimice. Modificarea caracteristicilor mecanice şi de rezistenţă ale materialelor metalice la acţiunea preponderentă a diverşilor agenţi externi (chimici - apa care cauzează corodarea materialelor, termochimici - acţiunea apei în cazanele pentru încălzire din centralele termice, sau mecanici - cum este cazul uzării prin frecare), se poate realiza utilizând aşa-numitele tratamente termice efectuate în profunzimea materialului, sau la suprafaţa acestuia, prin folosirea căldurii generate de variate surse de căldură - de regulă energia termică generată de energia electrică, sau prin arderea gazului metan -, urmate de răcirea materialului în diferite medii de răcire - cum este apa, uleiul, etc. Tratamentele termice reprezintă mijlocul practic de influenţare a structurii unui material metalic solidificat a cărui compoziţie chimică

desen tehnic

138

a fost anterior fixată. Acest procedeu tehnic şi tehnologic se deosebeşte de alte procese tehnologice care, la rândul lor, influenţează caracteristicile unui material metalic - cum este cazul operaţiilor de turnare, presare, sudare, aşchiere - prin faptul că nu antrenează modificarea formei, sau dimensiunilor definite anterior efectuãrii tratamentului termic. Prin aplicarea de tratamente termice se urmăreşte realizarea acelor transformări structurale prin care să se modifice proprietăţile materialului metalic în sensul dorit. Aşadar, tratamentele termice sunt procese tehnologice controlabile şi dirijabile. Stabilirea unui tratament termic corect se bazează pe cunoaşterea dependenţei dintre structura materialului metalic şi proprietăţile acestuia, precum şi a modului în care se produc transformările de structură în diferite condiţii de încălzire şi de răcire.

5.2.Definirea şi scopul tratamentelor termice

Tratamentul termic reprezintă procedeul tehnologic care constă în încălzirea şi menţinerea unui metal sau aliaj la o anumită temperatură, urmat în general de răcirea sa într-un anumit mediu şi cu o anumită viteză. Tratamentul termic se se poate aplica atât semifabricatelor cât şi pieselor finite, în scopul obţinerii unor caracteristici de exploatare şi proprietăţi superioare celor ale materialului iniţial, prin modificarea structurii materialului de bază. În cazul semifabricatelor laminate sau turnate dar mai ales a celor obţinute prin deformare plastică la cald (forjate, matriţate), tratamentele termice se efectuează cu scopul obţinerii unor caracteristici mecanice şi fizico-chimice şi tehnologice, superioare materialului iniţial care să contribuie ulterior la creşterea eficienţei prelucrărilor prin aşchiere. În cazul pieselor finite, tratamentele termice oferă posibilitatea obţinerii unor caracteristici de exploatare cum sunt: rezistenţa la rupere, rezistenţa la oboseală, la coroziune, prin care trebuie să se asigure o durabilitate cât mai mare a produsului, să confere o siguranţă

desen tehnic

139

în exploatare cât mai mare a acestuia asigurând, astfel, o valorificare şi eficientizare maximă a materialului utilizat. Particularitatea esenţială a tuturor tratamentelor termice, ce le evidenţiază faţă de alte procese tehnologice (turnare, deformare plastică, prelucrare prin aşchiere) - după cum am menţionat anterior - constă în aceea că scopul lor principal este de a modifica proprietăţile materialului din care este realizată piesa, prin schimbarea structurii acestuia, fără ca acest fapt să implice însă vreo schimbare majoră în forma sau în dimensiunile piesei.

Fig.5.1 Fig.5.2

Prin utilizarea corectă a tratamentelor termice, se permite folosirea unor materiale cu preţ de cost cât mai scăzut în locul unora mai costisitoare, sau se permite o folosire cât mai eficientă şi mai raţională a materialului, din punct de vedere cantitativ (uneori o piesă executată dintr-un material metalic tratat termic permite înlocuirea eficientă a alteia de dimensiuni mai mari executată dintr-un material metalic netratat termic).

5.3.Diagrama unui tratament termic Tratamentele termice se reprezintă în general prin diagrame în coordonate temperatură - funcţie de timp. Factorii care caracterizează în general un tratament termic sunt: áviteza de încălzire - vi = ∆T/t, adică variaţia de temperatură în unitatea de timp, [°C/h]; áviteza de răcire - vr = ∆T/t, [°C/h].

desen tehnic

140

În funcţie de felul cum se realizează, tratamentele acestea pot fi: (1) simple (fig.5.1), care constau dintr-o singură operaţie de încălzire, urmată de o perioadă de menţinere la temperatură constantă şi răcire, sau (2) complexe (fig.5.2), alcătuite din mai multe asemenea cicluri.

5.4.Structura metalelor şi a aliajelor acestora

Toate metalele şi aliajele metalice sunt constituite din reţele cristaline de diferite forme geometrice şi dimensiuni, vizibile de cele mai multe ori doar cu ajutorul microscopului electronic. Prin structura unui metal sau aliaj se înţelege forma, mărimea şi modul de aranjare a cristalelor componente. Structura unui aliaj depinde, în general de: á compoziţia sa chimică; ágradul de puritate al metalelor ce-l compun; áviteza de răcire a aliajului în cursul elaborării sale; átratamentele termice şi prelucrările mecanice ulterioare. Cunoaşterea structurii interne a unui material reprezintă factorul determinant în stabilirea proprietăţilor metalului sau a aliajului respectiv şi contribuie implicit la alegerea cât mai adecvată a domeniilor de utilizare a lui. Astfel, în mod obişnuit, cu cât cristalele unui metal sau aliaj al acestuia sunt mai mici şi mai uniform dispuse, cu atât calităţile sale - din punct de vedere al parametrilor de exploatare - sunt mai bune şi invers.

5.5.Temperaturi critice şi zone de transformare

În timpul procesului de încălzire sau de răcire a unui material, pot exista perioade în care viteza de încălzire creşte sau scade neuniform, existând oscilaţii care depind de conţinutul de carbon al materialului. Acest lucru arată că în structura internă a materialului au

desen tehnic

141

loc transformări, care se petrec cu schimb de căldură şi anume: cu absorbţie de căldură la încălzire şi cu cedare de căldură la răcire. Cunoaşterea acestor transformări este foarte importantă pentru cunoaşterea structurii şi deci a proprietăţilor oţelurilor. Dacă în cazul unui oţel, într-un sistem de coordonate temperatură - conţinut de carbon se trec pe ordonată temperaturile punctelor respective, numite şi puncte de transformare sau temperaturi critice în funcţie de procentul de carbon şi dacă aceste puncte se unesc între ele, se obţine o diagramă indicată schematic în figura 5.3. Linia PK se notează cu Ac1 şi reprezintă zona de transformare a austenitei din perlită la încălzire şi invers la răcire, linia GS cu Ac3 la care austenita se transformă în ferită, iar linia ES cu Acem. Aceste linii sunt foarte importante la stabilirea temperaturilor de revenire şi de îmbunătăţire.

Fig.5.3

5.6.Clasificarea tratamentelor termice

În funcţie de transformările în stare solidă care se produc în structura unui material, tratamentele termice se pot împărţi în cinci grupe mari. 2Recoacerea fără transformări de fază - al cărei scop este acela de a înlătura tensiunile interne rezultate la elaborarea semifabricatului, (recoacerea de detensionare, înlăturarea ecruisajului

desen tehnic

142

- recoacerea de recristalizare sau egalizarea compoziţiei, recoacerea de omogenizare).

Tratamentul de recoacere poate avea ca scop obţinerea unuia din următoarele rezultate: áreducerea tensiunilor interne rezultate în urma realizării unui ansamblu sudat sau diminuarea tensiunilor interne generate în urma răcirii rapide, la zona de racordare între doi pereţi cu grosimi diferite ce aparţin unui reper turnat; áîmbunătăţirea prelucrabilităţii la un semifabricat forjat sau matriţat, prin micşorarea durităţii materialului din straturile superficiale. 2Recoacerea cu transformări de fază în stare solidă, (de normalizare sau omogenizare) - ce se aplică atât fontelor cât şi oţelurilor cu scopul modificării numărului şi a naturii fazelor componente, adică a obţinerii unui material cu grăunte mai fin şi mai omogen fapt ce conferă materialului tenacitate şi rezistenţă mult mai bună în exploatare. 2Călirea - ce are ca scop obţinerea unei structuri a straturilor superficiale în afara stării de echilibru, cu duritate mai mare, cu rezistenţă sporită la uzură şi la şocuri, (structură martensitică). 2Revenirea - ce se aplică totdeauna după călire şi împreună cu aceasta, cu scopul înlăturării tensiunilor interne generate de răcirea bruscă de la călire, a micşorării durităţii exterioare, dar a creşterii tenacităţii adică a aducerii miezului materialului cât mai aproape de starea de echilibru, (structură sorbitică). Tratamentul de călire şi revenire, numit şi îmbunătăţire se aplică pieselor care au un rol important în funcţionare, piese pretenţioase din punct de vedere al preciziei dimensionale şi a calităţii suprafeţei, foarte solicitate din punct de vedere mecanic şi termic, sau care trebuie să preia şocuri mari: ghidaje de supape, inele de ghidare, cămăşi de cilindrii, arbori drepţi sau cotiţi, ştifturi şi bolţuri, şuruburi de mişcare, roţi dinţate, came, lagăre cu rostogolire, etc. 2Tratamentele termochimice - au ca scop sporirea rezistenţei la uzură şi a durităţii stratului superficial dar şi menţinerea plasticităţii miezului piesei, (carburarea, nitrurarea, sulfizarea, alitarea) utilizate la piese destinate să funcţioneze în regim de frecare semiuscată sau chiar uscată sau la piese puternic solicitate la uzură abrazivă.

desen tehnic

143

5.7.Inscrierea tratamentului termic pe desen

Înscrierea tratamentului termic pe desen se face conform STAS 7650-89. În cazul desenelor de execuţie ale reperelor, indicaţiile referitoare la tratamentul termic se referă la caracteristicile fizico-mecanice finale ale materialului, (duritate, rezistenţă la rupere a materialului de bază) precum şi la adâncimea stratului tratat, exprimată în milimetri. Deoarece în prezent se cunosc o multitudine de metode de tratament termic, toate conducând la aproximativ aceleaşi rezultate finale, s-a convenit să nu se mai specifice pe desen tipul tratamentului termic efectuat ci doar duritatea finală dorită, fiecare agent economic putând utiliza metoda cea mai convenabilă din punct de vedere economic. 4 În cazul reperelor simple, bine definite dintr-un număr cât mai mic de proiecţii, când tratamentul termic se referă la întregul reper, indicaţiile referitoare la tratamentul termic se vor face în cadrul condiţiilor tehnice, (fig.5.4):

INDICATOR

Conditii tehnice:SR-ISO 2768-mK-199350...55 HRC

Fig.5.4

desen tehnic

144

Pentru reperele mai complexe din punctul de vedere al configuraţiei formelor geometrice, al preciziei de formă şi de poziţie sau al preciziei calităţii suprafeţelor dar mai ales datoritã rolului funcţional îndeplinit (fiind utilizate în condiţii de eforturi deosebite sub aspectul solicitărilor mecanice şi/sau termice – cum sunt, de exemplu, unele componente din industria aeronautică, mecanică fină, industria atomică - se obişnuieşte să se indice chiar şi locul unde să se efectueze măsurarea durităţii obţinute în urma tratamentului termic (fig.5.5).

INDICATOR

Loc de masurarea duritatii

l

Conditii tehnice:SR-ISO 2768-mK-1993Muchiile necotate se vor tesi 1x45°28...30 HRC

Fig.5.5

4 În cazul reperelor relativ simple, reprezentate în mod frecvent, tratamentul termic se poate indica şi pe conturul reperului, cu linie punct groasă, caracteristicile tehnologice ale acestuia fiind menţionate cu ajutorul unei linii de indicaţie, (fig.5.6 şi 5.7).

35...41 HRC

57...63 HRC

Fig. 5.6 Fig. 5.7

desen tehnic

145

4 În cazul în care, prin specificul reperului, există suprafeţe ce nu trebuie tratate termic, sau suprafeţe filetate care, în general nu se tratează termic, tratamentul termic se va indica la condiţii tehnice specificându-se suprafeţele ce vor fi protejate prin depunere de substanţe specifice, ca în figura 5.8.

A

A

Fig. 5.8 4 În cazul în care la acelaşi reper sunt necesare mai multe tratamente termice, sau acelaşi tratament dar cu alte durităţi superficiale sau cu adâncimi diferite de tratament, se va indica la condiţii tehnice tratamentul comun evidenţiind pe desen suprafaţa şi elementele diferite (duritate superficială, adâncime) (fig. 5.9 şi 5.10).

h = 0,8...1,2; 35...45 HRC

h = 0,4...0,8; 50...55 HRC

30

720...800 HV

480...520 HV

Fig. 5.9 Fig. 5.10 4 În situaţia în care zona de tratament termic nu cuprinde toată suprafaţa menţionată se va indica în mod adecvat acest lucru, (fig.5.11, 5.12 şi 5.13). 4 La toate reperele supuse unui tratatament termic, cu un grad mai mic sau mai ridicat de dificultate tratamentul termic referitor la o anumită suprafaţă se va indica pe o singură proiecţie. Excepţie de la acest fapt fac reperele foarte complexe la care se tratează diferenţiat suprafeţele sale, când pot apare menţionări ale tratamentului pe mai multe proiecţii şi suprafeţe (fig.10.14). În acest caz se vor indica cu

desen tehnic

146

majuscule suprafeţele iar în paranteze adâncimea de tratare şi duritatea finală dorită, aceasta fiind parametrul care individualizează tipul tratamentului.

60

380...420 HV

120°

50...55 HRC

Fig. 5.11 Fig. 5.12

2535

CIF h = 1...2; 60...65 HRC

Fig.5.13

h = 0,8...1,2; 30...35 HRC

A(h = 0,7...0,9; 50...55 HRC)

h = 0,8...1,2; 50...55 HRCA

A

Fig.5.14